一種適應(yīng)調(diào)節(jié)和互動輔助行走機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種輔助行走工具，屬于醫(yī)療助行和康復(fù)器械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]助行機器人包括輔助行走、固定框架行走訓(xùn)練和外骨骼助力3種方式。輔助行走方式是通過輔助行走來改善腿的運動機能，恢復(fù)正常行走能力。它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，把行走和康復(fù)訓(xùn)練相結(jié)合，是一種很好的腿運動康復(fù)工具。目前，這種助行機器人存在如下不足:
[0003]現(xiàn)有輔助行走機器人都是在移動機器人原理基礎(chǔ)上開發(fā)的，強調(diào)環(huán)境測量、定位和跟蹤等移動機器人技術(shù)，對于用戶的適應(yīng)性和互動性沒有充分考慮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型目的是為了解決現(xiàn)有輔助行走機器人都是在移動機器人原理基礎(chǔ)上開發(fā)的，強調(diào)環(huán)境測量、定位和跟蹤等移動機器人技術(shù)，對于用戶的適應(yīng)性和互動性沒有充分考慮的問題，提供了一種適應(yīng)調(diào)節(jié)和互動輔助行走機器人，能夠滿足老年人和殘疾人輔助行走恢復(fù)行走功能的工具，通過自適應(yīng)控制使機器人適應(yīng)用戶的身高、行走方式和操作習(xí)慣，通過互動方式減少操作難度、提高安全性和可靠性。
[0005]本實用新型所述一種適應(yīng)調(diào)節(jié)和互動輔助行走機器人，它包括U型上面板、U型下面板、伸縮桿、前輪、兩個后輪、兩個肘部支撐扶手、兩組手臂安全帶、操作手柄、升降控制按鈕、背部安全帶和控制單元；
[0006]U型上面板和U型下面板通過伸縮桿連接上下平行設(shè)置，U型上面板和U型下面板共同形成的凹形空間用于容納直立的使用者；
[0007]U型下面板的中間橫板下方設(shè)置前輪，U型下面板的左右板下方各設(shè)置一個后輪；
[0008]U型上面板的左右板端部之間設(shè)置背部安全帶;U型上面板的左右板上表面各設(shè)置一個肘部支撐扶手，每個肘部支撐扶手設(shè)置一組手臂安全帶，U型上面板的中間橫板上表面設(shè)置有操作手柄和升降控制按鈕;升降控制按鈕控制伸縮桿的伸縮，進而控制U型上面板的升降；
[0009]控制單元嵌在U型上面板內(nèi)部；
[0010]控制單元根據(jù)操作手柄的方向選擇外部命令控制前輪的運動方向，控制單元根據(jù)背部安全帶的跌倒觸發(fā)指令，控制安全帶彈簧開關(guān)，所述安全帶彈簧開關(guān)產(chǎn)生向前拉力幫助人恢復(fù)站立。
[0011]本實用新型的優(yōu)點:本實用新型機器人對使用者的適應(yīng)，使助行過程更舒適、有效。通過自適應(yīng)控制機器人的高度、和人相對距離、基礎(chǔ)速度，并且根據(jù)人的操作能力選擇合適的控制方式，實現(xiàn)人機的有機結(jié)合。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型所述一種適應(yīng)調(diào)節(jié)和互動輔助行走機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是圖1的俯視圖；
[0014]圖3是本實用新型所述一種適應(yīng)調(diào)節(jié)和互動輔助行走機器人的控制原理框圖；
[0015]圖4是手環(huán)配件的控制原理框圖；
[0016]圖5是腰帶配件的控制原理框圖。
【具體實施方式】
[0017]【具體實施方式】一:下面結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述一種適應(yīng)調(diào)節(jié)和互動輔助行走機器人，它包括U型上面板1、U型下面板2、伸縮桿3、前輪4、兩個后輪5、兩個肘部支撐扶手6、兩組手臂安全帶7、操作手柄8、升降控制按鈕9、背部安全帶10和控制單元；
[0018]U型上面板1和U型下面板2通過伸縮桿3連接上下平行設(shè)置，U型上面板1和U型下面板2共同形成的凹形空間用于容納直立的使用者；
[0019]U型下面板2的中間橫板下方設(shè)置前輪4，U型下面板2的左右板下方各設(shè)置一個后輪5;
[0020]U型上面板1的左右板端部之間設(shè)置背部安全帶10;U型上面板1的左右板上表面各設(shè)置一個肘部支撐扶手6，每個肘部支撐扶手6設(shè)置一組手臂安全帶7，U型上面板1的中間橫板上表面設(shè)置有操作手柄8和升降控制按鈕9;升降控制按鈕9控制伸縮桿3的伸縮，進而控制U型上面板1的升降；
[0021 ]控制單元嵌在U型上面板1內(nèi)部；
[0022]控制單元根據(jù)操作手柄8的方向選擇外部命令控制前輪4的運動方向，控制單元根據(jù)背部安全帶10的跌倒觸發(fā)指令，控制安全帶彈簧開關(guān)，所述安全帶彈簧開關(guān)產(chǎn)生向前拉力幫助人恢復(fù)站立。
[0023]伸縮桿3采用支撐柱套筒結(jié)構(gòu)，支撐柱連接U型上面板1的中間橫板下表面中部;套筒連接U型下面板2上表面中部。
[0024]對使用者的身高的適應(yīng)調(diào)節(jié)。把手臂安放在肘部支撐扶手6上，扣好手臂安全帶7，用手指按下升降控制按鈕9，按下升降控制按鈕9時伸縮桿3的支撐柱、套筒連接被打開，可以上下調(diào)整，伸縮桿3帶動U型上面板1升降。開始下壓或抬升手臂到舒適位置，松開后自動鎖死。如果感覺不合適可以反復(fù)調(diào)試到舒適為止。兩個肘部支撐扶手6是主要支撐身體的受力部分。通過手臂安全帶7的袋扣把手小臂固定在肘部支撐扶手6上。
[0025]對使用者的距離和步伐的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。每個人的臂長和操作習(xí)慣不一樣，合適的操作距離也不一樣。每個人的習(xí)慣步伐、行走速度和腿行走能力都不一樣。機器人會在操作過程中自動計算用戶的平均操作距離、運動速度和擺動量，進行自動適應(yīng)調(diào)節(jié)，使機器人的運動和用戶操作相協(xié)調(diào)。在進入巡航模式時可以不操作，根據(jù)設(shè)定和步伐自動行走。在任何情況下都可以通過手動進行正確控制，保證安全。
[0026]背部安全帶10的自動調(diào)節(jié)。用戶在操作前扣好背部安全帶10，按動收放帶按鈕，機器人會自動回收或釋放背部安全帶10到合適位置。在使用過程中，機器人會根據(jù)身體擺動量和安全帶受力自動調(diào)節(jié)到合適位置，保證背部安全帶10不影響正常行走。當(dāng)用戶在行走過程中突然向后傾倒時，突然拉動安全帶給機器人一個觸發(fā)信號，機器人自動停車并收緊背部安全帶10給一個反向推力抵抗跌倒，加上手臂安全帶7的固定作用，幫助人站穩(wěn)。
[0027]操作方式選擇。搖桿操作、語音控制、圖形顯示和語言提示巧妙的組合，可以有效解決大部分老人和殘疾人的操作問題。對于手感靈活有操作能力的用戶建議用操作手柄8進行搖桿操作，簡單、可靠和方便?？紤]左右手偏好，采取兩種裝配方式，用戶可以選擇適合自己的操作方向。
[0028]【具體實施方式】二:下面結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，控制單元包括控制處理器101、系統(tǒng)處理器102、超聲波傳感器103、超聲波處理模塊104、語音輸入模塊105、語音識別模塊106、紅外傳感器107、IXD觸摸屏108、語音合成模塊109、語音輸出模塊110、驅(qū)動電路111、電動機112和主機無線通信模塊113;
[0029]控制處理器101和系統(tǒng)處理器102相互通信；
[0030]IXD觸摸屏108的數(shù)據(jù)輸入輸出端與系統(tǒng)處理器102的數(shù)據(jù)輸入輸出端相連；
[0031]超聲波傳感器103的障礙物信號輸出端通過超聲波處理模塊104與控制處理器101的障礙物信號輸入端相連；
[0032]語音輸入模塊105的語音信號輸出端通過語音識別模塊106與控制處理器101的語音信號輸入端相連；
[0033]操作手柄8的方向選擇外部命令輸出端與控制處理器101的方向選擇外部命令輸入端相連；
[0034]紅外傳感器107的行動軌跡信號輸出端與控制處理器101的行動軌跡信號輸入端相連；
[00；35]控制處理器101的語音輸出端指令通過語音合成模塊109合成后，由語音輸出模塊110輸出；
[0036]控制處理器101的運動指令通過驅(qū)動電路111下達給電動機112，進而控制前輪4的運動方向和速度；
[0037]控制處理器101的無線輸入輸出端與主機無線通信模塊113的無線輸入輸出端相連。
[0038]控制處理器101采用型號為STM32F103的微處理器，系統(tǒng)處理器102采用型號為STM32F407的微處理器。兩款處理器分別用來運行界面與控制部分。
[0039]人機交互界面，通過LCD觸摸屏108進行操作，IXD觸摸屏108，可以顯示與觸摸操作。
[0040]操作系統(tǒng)，采用是實時操作系統(tǒng)，運行流暢穩(wěn)定，硬件動作及時。
[0041 ]超聲波傳感器進行距離探測，探測周圍情況。
[0042]語音輸入模塊105采用麥克。
[0043]操作手柄8進行AD采集。
[0044]紅外傳感器107檢測軌跡，檢測操作人是否在安全位置。
[0045]超聲波處理模塊104，對超聲波傳感器103采集到的信號進行處理之后通過I2C總線傳輸給控制處理器101。
[0046]語音識別模塊106，把語音輸入模塊105采集到的聲音信號解析處理成為相對應(yīng)的指令，發(fā)送給控制處理器101。
[0047]語音合成模塊109，把控制處理器101給的信號合成為語音信號發(fā)送給語音輸出模塊110，用喇叭播放語音。
[0048]把控制處理器101給的HVM脈沖信號